机器人弧焊在汽车焊接应用中的研究

[摘 要]近些年来，我国汽车制造业发展十分迅速，而且随着人们的需求不断地增大，对于汽车的生产质量也提出了更高的要求，汽车生产厂家也在想方设法提高其生产效率以满足人们日益增长的需求。而随着我国科学技术的不断发展，越来越多的高新技术被应用在了汽车制造领域中，比如说机器人弧焊，汽车的焊装对于汽车质量和生产效率都有着重要的影响。

[关键词]机器人弧焊；汽车焊接；应用分析

中图分类号：TG409；U466 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0056-01

引言：我国的汽车焊装大都是依靠人工焊装，而人工焊装有着许多的缺陷，首先是焊装的效率较低，其次焊装的成本也较高，而且还不能够有效地保证焊装的质量。而随着近些年来我国科学技术和汽车工业的不断发展，我国已经将焊装机器人应用在了汽车焊装领域之中。特别是机器人弧焊在汽车焊接应用中的研究，显得尤为重要。

1.弧焊机器人的特点

（1）稳定和提高焊接质量，保证其均一性。采用机器人焊接时，对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，因此很难做到质量的均一性。（2）改善了工人的劳动条件.采用机器人焊接工人只是用来装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾私飞溅等。（3）提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可24h连续生产，另外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。（4）产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。（5）可缩短产品换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。

2.机器人弧焊在汽车焊接应用中的研究

2.1 连续焊缝造成的焊接变形控制方法

对于连续焊缝的情况，通常的方法是，首先将这些连续的焊缝进行拆分，根据具体的情况将其拆成200mm以内长度的多段小焊缝；然后，对这些焊缝进行重新排序，原则是以单位时间在单位面积内的焊接量最小进行分配焊接的顺序；手工焊接不可能实现这种跳跃式焊接顺序，而其机器人可以根据示教程序的变化，任意调整焊接顺序，并确保稳定执行。

对于单道连续直焊缝，分配的方式是由中部起始，然后向两端跳跃式扩展的方式焊接，其引起的焊接变形就远远小于从一端起始连续焊向另一端的方式。对于两道并列的连续焊缝，由中部分界，两台机器人分别从端头和中部起始，然后交叉跳跃式双边同时前进，然后回返完成焊接。通过实际验证发现，对于连续焊缝的焊接变形控制，这种将长焊缝进行拆分，然后调整焊接顺序的方法。可以非常有效地将焊接的变形降低至最小。

2.2 夹具进行反变形对焊接变形的影响

机器人弧焊一个巨大的优势就是稳定性好，无论是焊接顺序、手法和时间，对相同部件的焊接基本上是一致的，@就使焊接变形具有良好的一致性和规律性。因此，可以先在夹具上连续焊接5台份或更多工件，统计其变形的规律性，然后在夹具上，通过夹具的强制变形的方式，将焊接前的工件状态按焊接后变形的反方向进行反变形处理。通过反变形的方式，可以有效地降低焊接变形对最终部件造成的尺寸误差影响；经过实际验证，这种方式对于一些形状较为规则的零部件作用最为明显，但对于一些结构较复杂零部件的焊接变形校正效果较差。

3.弧焊机器人在汽车焊接中的发展方向

3.1 柔性化

大型自动化焊接装备或生产线的一次投资相对较高，在设计这种焊接装备时必须考虑柔性化，形成柔性制造系统，以充分发挥装备的效能，满足同类产品不同规格工件的生产需要。

3.2 数字化

弧焊机器人焊接电源的发展方向是采用全数字化焊机，该焊机可实现远程诊断、升级和维修，能为焊接制造业信息化提供强大的技术支撑。

3.3 智能化

应用广泛的焊接机器人大多属于示教再现型机器人，操作者通过示教盒在直角坐标系和极坐标系中移动机器人各关节，使焊矩沿焊接轨迹运动，在焊矩路径上记录示教的位置、焊矩姿态、运动参数和工艺参数，并生成一个连续执行全部操作的示教程序。此类机器人不具备对工件装配误差、焊接过程中的热变形等环境和对工作对象变化自适应能力。而弧焊机器人对末端执行器（焊枪）的运动轨迹要求有严格的精度，空间位置焊接时的焊枪姿态及焊接规范在整个轨迹上都需要连续调整。因此具有视觉传感功能的，能够自动制定运动轨迹、焊矩姿态和焊矩参数的新一代的智能机器人成为未来的发展方向。开发弧焊机器人智能化应用技术，发展激光视觉跟踪、熔池视觉自适应焊接技术、焊接工艺专家系统技术等智能化技术来克服因装配、变形等因素引起的位置和精度误差。

3.4 集成化

计算机制造集成系统，亦称全集成自动化制造系统，它是将焊接机器人或焊接操作机、焊接电源、工件变位机械、输送辊道、半成品库、零件库和原材料库等生产设备和物料供应系统的工作程序的编制、工作参数的设置、生产过程的监控、数据处理、人机界面和通讯网络集成在一台计算机上，通过现场总线等联结成完整的集成自动化系统。企业的技术管理将经验变为技术，变为可执行的规则，尽量减小工艺不合理和操作不当引起的焊接产品的不合格。利用CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM计算机软件可以实现产品图纸设计、制造工艺编制、生产计划安排、生产过程监控、生产和物料管理等一体化。而机器人技术的广泛应用又将推动制造业信息化技术的进一步发展。

3.5 特殊化

当前焊接机器人的应用多局限于结构化环境中，而在一些非结构化环境如大型球罐制造、长输油管道焊接及水电站水轮机叶片修复等野外作业中，传统的固定式机器人已无法满足要求，开发适合于特殊非结构化工作环境的特种机器人成为机器人应用研究的重要发展方向。

总结：人们的生活水平正在不断地提高，汽车是一种重要的交通工具，当前人们的出行已经离不开汽车，所以当前我国的汽车市场有着非常好的发展前景。而要使得汽车产业能够实现更加高速的发展，就必须要提高汽车生产的自动化水平，将焊接机器人应用在汽车焊装领域之中改变了传统的汽车焊装生产方式，使得汽车焊装效率得到了有效的提高，并且还保证了汽车的质量。

参考文献

[1] 刘圣祥，高洪明，张广军，吴林，何广忠.弧焊机器人离线编程与仿真技术的研究现状及发展趋势[J].焊接，2007，07：21-27+66.

[2] 苏金远.基于故障树的弧焊工业机器人系统可靠性研究[D].南华大学，2013.